状态模式：灵活应对对象行为变化，实现状态驱动的智能设计

文章目录

**一、技术背景与应用场景**
- **为何使用状态模式？**
- **典型应用场景包括但不限于：**
**二、状态模式定义与结构**
**三、使用步骤举例**
**四、优缺点分析**
**总结**

一、技术背景与应用场景

状态模式是一种行为设计模式，用于处理一个对象在其内部状态改变时，其行为也随之发生相应变化的情况。例如，在ATM机中，用户操作（取款、存款、查询等）会引发系统状态的变化和对应的操作；游戏角色根据所处状态（行走、奔跑、战斗）执行不同的动作。

为何使用状态模式？

减少条件分支：通过将状态与相关行为封装为独立类，可显著降低业务逻辑中的嵌套或分支条件判断，提高代码可读性和维护性。
易于扩展新状态：当需要新增状态或修改状态行为时，只需创建新的状态类或调整现有状态类即可，不影响原有系统的整体结构。
职责明确：遵循单一职责原则，状态管理与状态相关的操作分离，使得各部分职责更加清晰。

典型应用场景包括但不限于：

游戏开发：游戏角色的不同状态及其关联行为。
设备控制：家电设备的各种工作模式切换及其响应操作。
订单系统：订单流程中的不同状态（待支付、已支付、已发货、已完成等）及相应的操作处理。

二、状态模式定义与结构

状态模式包含四个核心组成部分：

环境角色（Context）：持有当前状态，并将与状态相关的请求委托给当前状态对象来处理。
抽象状态角色（State）：定义所有具体状态类需要实现的接口，通常包含一个或多个方法，用于处理来自环境角色的方法调用。
具体状态角色（Concrete State）：实现了抽象状态角色声明的接口，每个具体状态对应一种特定的行为。
状态转移 ：在某个具体状态对象执行对应处理行为时，它可能会改变环境角色的状态引用，指向另一个具体状态对象。

三、使用步骤举例

模拟了一个简单的电商订单系统，这个系统通过状态模式来处理订单从创建到完成或取消的整个生命周期中的不同状态和操作。

抽象状态角色（OrderState） ：定义了所有具体状态类需要实现的方法接口，包括place()、pay()、ship()和cancel()等。

java 复制代码

// 抽象状态角色
public abstract class OrderState {
    protected Order order;

    public void setOrder(Order order) {
        this.order = order;
    }

    // 抽象方法，由具体状态类实现
    public abstract void place();   //下单
    public abstract void pay();     //支付
    public abstract void ship();    //发货
    public abstract void cancel();    //取消订单
}

具体状态角色：

CreatedState：代表订单刚创建的状态，在此状态下可以进行下单和取消操作，当调用place()时只是打印提示信息，而调用cancel()会将订单状态转换为CancelledState。

java 复制代码

// 具体状态角色
public class CreatedState extends OrderState {
    @Override
    public void place() {
        System.out.println("订单已创建，等待支付");
    }

    @Override
    public void pay() {
        System.out.println("订单已支付~");
        // 转换状态至"已支付"状态
        order.setState(new PaidState());
    }

    @Override
    public void ship() {
        System.out.println("请先完成支付才能发货");
    }

    @Override
    public void cancel() {
        System.out.println("订单已取消");
        // 设置订单为已取消状态
        order.setState(new CancelledState());
    }
}

PaidState：代表订单已支付的状态，在此状态下无法再次下单或支付，但可以进行发货和取消操作。发货时会将订单状态转换为ShippedState，取消则转换为CancelledState。

java 复制代码

public class PaidState extends OrderState {
    @Override
    public void place() {
        System.out.println("请勿重复下单");
    }

    @Override
    public void pay() {
        System.out.println("订单已支付，无需再次支付");
    }

    @Override
    public void ship() {
        System.out.println("订单开始发货...");
        // 转换状态至"已发货"状态
        order.setState(new ShippedState());
    }

    @Override
    public void cancel() {
        System.out.println("正在申请退款...");
        // 设置订单为已取消状态
        order.setState(new CancelledState());
    }
}

ShippedState：代表订单已发货的状态，在此状态下仅能查看状态，不能执行其他操作。

java 复制代码

public class ShippedState extends OrderState {
    @Override
    public void place() {
        System.out.println("请勿重复下单");
    }

    @Override
    public void pay() {
        System.out.println("订单已支付，无需再次支付");
    }

    @Override
    public void ship() {
        System.out.println("订单已发货，无需再次发货");
    }

    @Override
    public void cancel() {
        System.out.println("您已无法取消已发货的订单");
    }
}

CancelledState：代表订单已取消的状态，同样只能查看状态，不能执行其他操作。

java 复制代码

public class CancelledState extends OrderState {
    @Override
    public void place() {
        System.out.println("您的订单已取消，请重新下单");
    }

    @Override
    public void pay() {
        System.out.println("该订单已取消，无法进行支付");
    }

    @Override
    public void ship() {
        System.out.println("该订单已取消，无法发货");
    }

    @Override
    public void cancel() {
        System.out.println("订单已处于取消状态");
    }
}

环境角色（Order） ：持有当前订单状态，并提供与订单状态相关联的操作方法（如place()、pay()等）。当调用这些方法时，实际上是委托给当前持有的状态对象去执行相应的行为。

java 复制代码

// 环境角色
public class Order {
   private OrderState state;

   public void setState(OrderState state) {
       this.state = state;
       state.setOrder(this);
   }

   public void place() {
       state.place();
   }

   public void pay() {
       state.pay();
   }

   public void ship() {
       state.ship();
   }

   public void cancel() {
       state.cancel();
   }
}

应用端示例（OrderStateMachineDemo） ：

创建一个新订单实例，初始状态下是CreatedState。然后按照实际业务流程调用place()、pay()、ship()和cancel()方法，根据不同的状态，订单的行为会有不同的响应，并可能触发状态的转换。

java 复制代码

// 应用端示例
public class OrderStateMachineDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Order order = new Order();
        order.setState(new CreatedState()); // 初始状态为"已创建"

        order.place();  // 根据状态进行操作
        order.pay();
        order.ship();
        order.cancel();
    }
}

测试结果：

四、优缺点分析

状态模式的优点在于：

模块化状态行为：各状态行为被划分到各自的具体状态类中，便于理解和维护。
增强灵活性：添加新状态或修改状态行为不涉及其他状态逻辑，利于扩展。
消除条件分支：移除了大量基于状态判断的条件语句，提高了程序内聚性。

潜在挑战可能包括：

过多具体状态类：随着状态数量增加，具体状态类的数量也会增长，可能影响系统组织结构简洁性。
复杂状态转换逻辑：状态间转换规则复杂时，需额外关注状态转换的一致性和正确性。

总结

状态模式利用状态驱动的方式对对象行为进行有效管理，使得软件能够根据对象状态的变化动态调整行为。合理运用状态模式，可以提升系统对于复杂状态变化场景的适应能力，同时优化代码结构，保持高可维护性和扩展性。